WO2013187136A1 - マニピュレータシステム - Google Patents

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WO2013187136A1
WO2013187136A1 PCT/JP2013/062071 JP2013062071W WO2013187136A1 WO 2013187136 A1 WO2013187136 A1 WO 2013187136A1 JP 2013062071 W JP2013062071 W JP 2013062071W WO 2013187136 A1 WO2013187136 A1 WO 2013187136A1
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WO
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unit
angle
function
display
display unit
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PCT/JP2013/062071
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English (en)
French (fr)
Inventor
敦士 廣江
真人 成瀬
Original Assignee
オリンパス株式会社
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Publication date
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Priority to US14/520,857 priority patent/US20150038984A1/en

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
    • A61B1/0016—Holding or positioning arrangements using motor drive units
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/0661—Endoscope light sources
    • A61B1/0676—Endoscope light sources at distal tip of an endoscope
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
    • G02B23/2484—Arrangements in relation to a camera or imaging device

Definitions

  • the present invention relates to a manipulator system.
  • the treatment tool protruded from the distal end surface of the endoscope is operated by the operator operating the operation handle with both hands, and the bending portion provided at the distal end portion of the endoscope is usually switched by a switch.
  • the surgeon is operated without greatly moving the limbs. For this reason, if the viewing direction of the endoscope is changed by changing the degree of bending of the bending portion, the direction of the treatment tool displayed on the display portion is changed even when the treatment tool is not operated.
  • the movement direction of the operation handle when the treatment tool performs the same operation is the same, whereas the movement direction of the treatment tool displayed on the display portion changes, In the head, it is necessary to operate the operation handle while always confirming the front / rear / right / left direction of the treatment instrument in the display unit, and an intuitive operation cannot be performed.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a manipulator system capable of intuitively operating a treatment instrument displayed on a display unit even when the observation direction of a subject is switched. It is aimed.
  • a treatment unit that treats a subject
  • a photographing unit that photographs the subject and the treatment unit
  • a display unit that displays an image acquired by the photographing unit
  • a movement that supports the display unit
  • a display unit driving unit an operation unit for operating the treatment unit, an operation unit driving unit for supporting and moving the operation unit, and a relative positional relationship between the display unit and the operation unit.
  • a control unit that controls the display unit driving unit and the operation unit driving unit so as to approximate the relative positional relationship between the imaging unit and the imaging unit.
  • the relative positional relationship between the treatment unit and the imaging unit changes when the imaging direction of the subject and the treatment unit is changed by moving the imaging unit with respect to the subject and the treatment unit.
  • the unit controls the display unit to be moved by the display unit drive unit and the operation unit to be moved by the operation unit drive unit.
  • the position of the imaging unit relative to the treatment unit an image obtained by imaging the subject and the treatment unit from different angles is displayed on the display unit.
  • control unit controls the display unit driving unit and the operation unit driving unit so as to bring the relative positional relationship between the display unit and the operation unit closer to the relative position relationship between the treatment unit and the imaging unit.
  • the control unit controls the display unit driving unit and the operation unit driving unit so as to bring the relative positional relationship between the display unit and the operation unit closer to the relative position relationship between the treatment unit and the imaging unit.
  • a detection unit that detects a shooting angle of the subject by the shooting unit
  • the control unit controls the display unit driving unit and the operation unit driving unit based on the shooting angle detected by the detection unit. You may control.
  • the control unit changes the relative positional relationship between the display unit and the operation unit to the relative positional relationship between the treatment unit and the imaging unit based on the imaging angle of the subject by the imaging unit detected by the detection unit.
  • the display unit driving unit and the operation unit driving unit can be controlled to approach each other.
  • the said display part drive part may change the display part angle which is an angle with respect to the horizontal direction of the normal line of the said display part.
  • the display unit angle can be changed accordingly.
  • the operator looking at the display unit can feel as if the observation direction of the subject has been changed by changing his / her field of view, and the subject can be treated more intuitively. it can.
  • the said operation part drive part may change the operation part angle which is an angle with respect to the horizontal direction of the straight line which connects the said operation part and the said display part.
  • the operation unit angle can be changed accordingly.
  • the operation unit for operating the treatment unit moves according to the treatment unit moved on the image displayed on the display unit, so that the operator looking at the display unit changes the observation direction of the subject. It is possible to more intuitively determine the moving direction of the operation unit for moving the treatment unit in a desired direction before and after the operation.
  • the said control part may control the said display part drive part so that the said imaging
  • the said control part may control the said operation part drive part so that the said imaging
  • the operation unit driving unit changes an operation unit angle that is an angle with respect to a horizontal direction of a straight line connecting the operation unit and the display unit
  • the control unit is configured to change the shooting angle and the operation. You may control the said display part drive part and the said operation part drive part so that a part angle and the said display part angle may correspond. In this way, when the photographing unit changes the photographing angle of the subject, the display unit angle and the operation unit angle can be changed so as to match the photographing angle.
  • photography angle and the said display part angle is provided
  • the said control part is the said 1st memorize
  • the display drive unit may be controlled based on the function.
  • the first function may be a function that decreases in inclination toward both ends of the angle range of the photographing angle.
  • the first function may be a function in which the change amount of the display unit angle with respect to the change amount of the shooting angle is 1 or less over the entire angle range of the shooting angle.
  • photography angle and the said operation part angle is provided,
  • the said control part is the said 2nd memorize
  • the operation unit driving unit may be controlled based on the function.
  • the second function may be a function that decreases in inclination toward both ends of the angle range of the photographing angle.
  • the second function may be a function in which the change amount of the operation unit angle with respect to the change amount of the shooting angle is 1 or less over the entire angle range of the shooting angle.
  • the operation unit displayed on the display unit can be operated intuitively even when the observation direction of the subject is switched.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a controller including the first function of FIG. 7 and the second function of FIG. 8. It is a graph which shows the modification of the 1st function of FIG. 7, and the 2nd function of FIG. It is a graph which shows the other modification of the 1st function of FIG. 7, and the 2nd function of FIG.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating another modification of the controller in FIG. 2.
  • a manipulator system 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • a manipulator system 1 according to the present embodiment is a medical manipulator system 1 that controls a master device 2 shown in FIG. 1A and a slave device 3 shown in FIG. 1B. And a controller (control unit) 4.
  • the slave device 3 is a cylindrical outer tube 5 made of a hard material to be inserted into the patient's body, and a treatment tool that projects from the distal end opening of the outer tube 5 to treat the affected part (subject) A in the patient's body.
  • (Treatment part) 6 and an endoscope 7 that is projected from the distal end opening of the outer tube 5 and photographs the affected part A and the treatment tool 6 are provided.
  • the master device 2 includes a monitor (display unit) 8 that displays an image acquired by the endoscope 7, a monitor drive unit 9 that moves the monitor 8, a handle (operation unit) 10 that operates the treatment instrument 6, and A handle driving unit 11 for moving the handle 10 and a foot switch 12 are provided.
  • the treatment tool 6 includes forceps 6a for treating the affected part A and a treatment tool arm 6b having one or more joints (not shown) attached to the distal end of the forceps 6a.
  • the treatment instrument arm 6b is configured to extend and retract the forceps 6a at the distal end in the longitudinal direction of the outer tube 5 by expanding and contracting the joint.
  • the treatment tool 6 is provided with a pair of left and right (only one is shown in the figure) so as to be operated with both hands of the doctor D.
  • the treatment instrument arm 6b and the forceps 6a are provided with a motor or the like (not shown) and are controlled by the controller 4.
  • the endoscope 7 includes an illuminating unit (not shown) and a camera (photographing unit) 13 that are arranged at the distal end, and two curved portions 7a and 7b that are arranged on the proximal end side of the camera 13 with a space in the longitudinal direction. I have. As shown in FIG. 1B, these two curved portions 7a and 7b are curved in a plane orthogonal to the plane (horizontal plane in the present embodiment) 6A on which the two treatment instruments 6 are arranged. The optical axis 13a of the camera 13 intersects the plane 6A, and the intersecting angle ⁇ can be adjusted.
  • the endoscope 7 is provided with a motor (not shown) for bending the bending portions 7a and 7b of the endoscope 7 and a motor (not shown) for advancing and retracting the outer tube 5 in the longitudinal direction.
  • a motor not shown
  • an encoder detection unit
  • Each motor is controlled by a controller 4.
  • the monitor 8 includes a display (not shown) that displays an image acquired by the camera 13 of the endoscope 7 and an eyepiece 8a.
  • the monitor drive unit 9 includes a monitor arm 14 that supports the monitor 8 and a linear actuator 16 that moves the monitor arm 14 in a horizontal direction and a vertical direction with respect to a support frame 15 fixed to the ground. Yes.
  • the monitor arm 14 includes a base portion 14a that supports the monitor 8 so as to be swingable about a horizontal axis, and a swing actuator 14b that swings the monitor 8 relative to the base portion 14a.
  • the handle 10 is provided with a pair of left and right handles so as to be operated by both hands of the doctor D, and includes a grip 10a that is independently gripped by both hands of the doctor D and one or more joints that advance and retract the position of the grip 10a in the horizontal direction. And an operation arm 10b.
  • the grip 10a is provided with a grip detection unit (not shown) that detects the degree of gripping
  • the operation arm 10b is provided with a position detection unit (not shown) that detects the horizontal position of the grip 10a.
  • the handle driving unit 11 includes a linear motion actuator 17 that moves the operation arm 10 b in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the support frame 15.
  • the foot switch 12 is operated by the doctor D with his / her foot, and the amount of depression can be adjusted.
  • the controller 4 includes an image generation unit 18 that generates an image based on an image signal acquired by the camera 13 of the endoscope 7 and outputs the image to the monitor 8.
  • the controller 4 includes an endoscope control unit 19 that calculates the operation amount of each motor of the endoscope 7 based on the depression amount of the foot switch 12 and instructs each motor. For example, when a doctor steps on the foot switch 12, the endoscope control unit 19 advances the endoscope 7 in the longitudinal direction and increases the bending angle of each of the bending portions 7a and 7b. As a result, the angle ⁇ with respect to the horizontal plane 6A can be increased while the optical axis 13a of the camera 13 is kept crossing the affected area.
  • the controller 4 includes a treatment instrument control unit 20 that calculates the operation amount of each motor of the treatment instrument arm 6b and the forceps 6a based on the operation amount of the handle 10 by the doctor D and instructs each motor. For example, when the doctor D grips the grip 10a of the handle 10, the treatment tool control unit 20 closes the forceps 6a and releases the grip 10a so that the forceps 6a is opened. Is to control.
  • the treatment instrument control unit 20 calculates a movement amount that advances the position of the forceps 6a based on the horizontal movement amount detected by the position detection unit.
  • the joint of the treatment instrument arm 6b is extended to advance the position of the forceps 6a.
  • the controller 4 receives a bending angle of the two bending portions 7a and 7b detected by the encoder provided in the motor of the endoscope 7, and receives a monitor driving control unit 21 for controlling the monitor driving unit 9.
  • a handle drive control unit 22 that controls the handle drive unit 11 is provided.
  • the monitor drive control unit 21 calculates an angle ⁇ formed by the optical axis 13a of the camera 13 with respect to the horizontal plane 6A based on the bending angles of the two bending portions 7a and 7b, and the optical axis of the eyepiece 8a of the monitor 8
  • the monitor drive unit 9 is controlled so that the angle ⁇ formed with respect to the horizontal plane coincides with the angle ⁇ of the optical axis 13 a of the camera 13. That is, in the present embodiment, the monitor drive control unit 21 changes the angle ⁇ and the angle ⁇ based on a function (first function) that changes in a directly proportional relationship as shown in FIG.
  • the monitor driving unit 9 is controlled.
  • the monitor drive control unit 21 only operates the swing actuator 14b to control the angle ⁇ of the monitor 8 with respect to the base portion 14a of the monitoring arm 14 so as to coincide with the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13. Instead, the linear actuator 16 is operated to adjust the horizontal and vertical positions of the monitoring arm 14 with respect to the support frame 15.
  • the monitor drive control unit 21 stores the position coordinates of the rotation center P of the head arranged at the neck position of the doctor D. . Then, the monitor drive controller 21 moves the swing actuator 14b and the linear actuator 16 so that the eyepiece 8a of the monitor 8 moves along a circle S in the vertical plane with the rotation center P as the center. It is designed to operate synchronously.
  • the handle drive control unit 22 controls the handle drive unit 11 so that the relative positional relationship between the eyepiece 8 a of the monitor 8 and the grip 10 a matches the relative positional relationship between the camera 13 and the treatment instrument 6. It has become.
  • the fact that the relative positional relationship is identical means that the angle ⁇ between the optical axis 13a of the camera 13 and the horizontal plane 6A substantially coincides with the angle ⁇ between the straight line connecting the eyepiece 8a and the grip 10a and the horizontal plane.
  • the handle driving unit 11 is controlled so that the angle ⁇ and the angle ⁇ change based on a function (second function) that changes in a directly proportional relationship as shown in FIG. 3. .
  • the handle drive control unit 22 matches the angle ⁇ and the angle ⁇ , the distance between the camera 13 and the treatment instrument 6, and the distance between the eyepiece 8a and the grip 10a.
  • the steering wheel drive unit 11 is controlled so that the ratio is constant (for example, 1:10).
  • the grip 10a is formed on the extension of the optical axis of the eyepiece 8a of the monitor 8 inclined at an angle ⁇ coinciding with the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 with respect to the horizontal plane 6A. Is arranged.
  • the operation of the manipulator system 1 according to this embodiment configured as described above will be described below.
  • the endoscope 7 and the treatment tool 6 of the slave device 3 are arranged close to the affected area A in the body of the patient.
  • the affected part A and the treatment tool 6 are photographed by the camera 13 of the endoscope 7.
  • the image information acquired by the endoscope 7 is sent to the image generation unit 18 of the controller 4, and an image displayed on the monitor 8 is generated in the image generation unit 18.
  • the generated image is sent to the monitor 8 of the master device 2 and displayed on a display provided in the monitor 8.
  • the doctor D grasps the grip 10a of the master device 2, puts his foot on the foot switch 12, puts his eyes on the eyepiece 8a of the monitor 8, and observes the image displayed on the display.
  • the monitor drive control unit 21 matches the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 with the angle ⁇ of the monitor 8, and the eyepiece 8a is centered on the rotation center P of the neck of the doctor D stored in advance.
  • the monitor driving unit 9 is controlled so as to be arranged on a circle S passing through the eyes of the doctor D who has performed.
  • the handle drive control unit 22 controls the handle drive unit 11 so that the angle ⁇ with respect to the horizontal plane of the straight line connecting the eyepiece 8a and the grip 10a coincides with the angle ⁇ with respect to the horizontal plane 6A of the optical axis 13a of the camera 13. Therefore, the doctor D who views the image through the eyepiece 8a can recognize the grip 10a held with both hands as if it is the same as the treatment tool 6 on the image.
  • the treatment tool 6 in the image can be opened and closed in synchronization with this, and the front-rear direction of the treatment tool 6 on the image
  • the grip 10a is pushed and pulled in a direction that coincides with, the grip 10a moves in the front-rear direction, and the treatment instrument 6 in the image can be moved back and forth in synchronization therewith.
  • the foot switch 12 is operated with the foot. Thereby, the depression amount of the foot switch 12 is transmitted to the endoscope control unit 19 in the controller 4, and the endoscope control unit 12 determines the two bending portions 7 a and 7 b of the endoscope 7 according to the depression amount. Change the bending angle. For example, when the depression amount of the foot switch 12 is changed from the state shown in FIG. 1B, the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 with respect to the horizontal plane 6A increases as shown in FIG. 4B. As described above, the bending angles of the two bending portions 7a and 7b change.
  • the image displayed on the display in the monitor 8 changes from the state of FIG. 5 to the state of FIG.
  • the angles detected by the encoders of the motors that drive the bending portions 7a and 7b are sent to the monitor drive control unit 21 and the handle drive control unit 22. .
  • the monitor drive control unit 21 calculates an angle ⁇ with respect to the horizontal plane 6A of the optical axis 13a of the camera 13 of the endoscope 7 from the angles of the curved portions 7a and 7b detected by the encoder, and monitors based on the angle ⁇ .
  • the swing actuator 14b is operated so that the swing angle ⁇ of 8 coincides with the angle ⁇ .
  • the swing angle ⁇ of the monitor 8 is changed to change the direction of its own line of sight as the observation direction of the affected part A and the treatment tool 6 in the image changes.
  • the doctor D can feel as if the observation direction of the affected part A or the like has been changed, and the treatment tool 6 can be operated more intuitively.
  • the monitor drive control unit 21 determines that the eyepiece 8a of the monitor 8 moves along the swing actuator 14b and the straight line so that the eyepiece 8a of the monitor 8 moves along a circle S centering on the center position P that curves the doctor D's neck.
  • the dynamic actuator 14a is operated synchronously, and when the angle ⁇ coincides with the angle ⁇ , the operations of both actuators 14a, 14b are stopped.
  • the doctor D can always observe the image displayed on the display from the eyepiece 8a with a comfortable posture by simply changing the tilt of the neck without moving other parts of the body.
  • the handle drive control unit 22 calculates the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 of the endoscope 7 with respect to the horizontal plane 6A from the angles of the curved portions 7a and 7b detected by the encoder.
  • the handle driving unit 11 is controlled based on the angle ⁇ . That is, the handle drive control unit 22 determines that the angle ⁇ with respect to the horizontal horizontal plane connecting the eyepiece 8a and the grip 10a is the angle ⁇ with respect to the horizontal plane 6A of the optical axis 13a of the camera 13 as shown in FIG. Since the handle driving unit 11 is controlled so as to match, the doctor D viewing the image through the eyepiece 8a recognizes as if the treatment tool 6 on the image is always at the position of the grip 10a. be able to.
  • the moving direction of the treatment instrument 6 is a direction intersecting the display screen in the state of FIG.
  • the doctor D can move the treatment instrument 6 forward and backward by moving the grip 10a in a direction that matches the movement direction of the treatment instrument 6 on the image. Therefore, there is an advantage that the treatment tool 6 can be driven by an intuitive operation of the grip 10a, and the treatment of the affected area A can be facilitated.
  • a hard straight tubular member is exemplified as the outer tube 5, but the outer tube 5 is not limited to this, and the directions of the treatment instrument 6 and the endoscope 7 are changed integrally.
  • one having a curved portion (not shown) at an intermediate position in the longitudinal direction may be employed.
  • the bending direction of the bending portion of the outer tube 5 may be any of a horizontal direction, a vertical direction, and a combination thereof.
  • the monitor ⁇ controls the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 with respect to the horizontal plane 6A based on the detection signal from the encoder provided in the motor that bends the bending portions 7a and 7b of the endoscope 7.
  • a common angle calculation unit 23 is arranged and the angle calculation unit 23 calculates the angle calculated by the angle calculation unit 23.
  • ⁇ may be input to the monitor drive control unit 21 and the handle drive control unit 22.
  • the angle ⁇ of the monitor 8 and the angle ⁇ of the straight line connecting the eyepiece 8a and the grip 10a are set based on the first function and the second function that are direct proportional functions of the proportionality coefficient 1.
  • the first and second functions shown in FIG. 8 may be used.
  • the first and second functions in FIG. 8 are obtained by dividing the angle range (0 ° to 90 °) of the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 into five regions, and in the central region (40 ° to 50 °). , And the angles ⁇ and ⁇ are expressed as direct proportional functions with a proportionality coefficient of 1, and in the four regions on both sides (0 ° to 20 °, 20 ° to 40 °, 50 ° to 70 °, 70 ° to 90 °), The inclination gradually decreases toward both ends of the angle range, and the angle range as a whole is a discontinuous function.
  • the chain line indicates the function of FIG.
  • first function and second function only need to be stored in the storage units 24 and 25 connected to the monitor drive control unit 21 and the handle drive control unit 22, respectively, as shown in FIG. Then, based on the angle ⁇ calculated by the angle calculation unit 23, the monitor drive control unit 21 and the handle drive control unit 22 are angled by the first function and the second function stored in the storage units 24 and 25. ⁇ and angle ⁇ may be calculated.
  • the angle of the bending portions 7a and 7b of the endoscope 7 is changed by the operation of the foot switch 12, and the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 is changed in an angle range of 40 ° to 50 °.
  • the monitor drive control unit 21 and the handle drive control unit 22 control the angle ⁇ of the monitor 8 and the angle ⁇ of the straight line connecting the eyepiece 8a and the grip 10a to coincide with the angle ⁇ . Yes.
  • the monitor drive control unit 21 and the handle drive control unit 22 ⁇ is controlled to be a value obtained by multiplying the angle ⁇ by a proportional coefficient 0.5. Further, when the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 changes in an angle range of 0 ° to 20 ° and 70 ° to 90 °, the monitor drive control unit 21 and the handle drive control unit 22 ⁇ is controlled to be a value obtained by multiplying the angle ⁇ by a proportional coefficient 0.1.
  • the proportionality coefficient is set to 1, 0.5, 0.1.
  • the present invention is not limited to this, and an arbitrary one can be adopted.
  • the area division of the angle range is not limited to the above division, and can be arbitrarily set. In the region located at the extreme end of the angle range, the angles ⁇ and ⁇ may not be changed regardless of the change in the angle ⁇ .
  • proportionality coefficient is changed discontinuously for each region, as shown in FIG. 10, a continuously changing function may be used without being divided into finite regions. Further, as shown in FIG. 11, a function proportional to a proportional coefficient smaller than 1 may be adopted over the entire angle range of the angle ⁇ . Even in this case, since the monitor 8 and the grip 10a are operated so that the relative positional relationship between the eyepiece 8a and the grip 10a approaches the relative positional relationship between the camera 13 and the treatment instrument 6, the operation of the grip 10a can be performed. Intuition is maintained.
  • first function and the second function are the same function, the present invention is not limited to this, and different functions may be used. Further, for either one of the first and second functions, a direct proportional function having a proportional coefficient 1 may be adopted.
  • the endoscope 7 of the direct view type in which the optical axis 13a of the camera 13 corresponds to the longitudinal direction of the endoscope 7 was illustrated as the endoscope 7, it is a side view type or a perspective type.
  • An endoscope 7 may be adopted. In this case, the relationship between the bending angle of the bending portions 7a and 7b of the endoscope 7 and the angle ⁇ of the optical axis 13a of the camera 13 is different.
  • the reading unit 26 that reads the format information provided in the endoscope 7 and the correction information storage unit 27 that stores the correction information in association with the format information are provided.
  • the calculation unit 23 may calculate the angle ⁇ using the correction information read from the correction information storage unit 27 using the format information read by the reading unit 26.
  • the master device 2 and the slave device 3 may be arranged close to each other and may be electrically connected to each other, or may be arranged remotely from each other to exchange signals by wireless transmission. Also good.

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Abstract

被写体の観察方向を切り替えても、表示部に表示される処置具を直感的に操作する。 被写体を処置する処置部（６）と、被写体および処置部（６）を撮影する撮影部（１３）と、該撮影部（１３）により取得された画像を表示する表示部（８）と、該表示部（８）を支持して移動させる表示部駆動部（９）と、処置部（６）を操作する操作部（１０）と、該操作部（１０）を支持して移動させる操作部駆動部（１１）と、表示部（８）と操作部（１０）との相対位置関係を、処置部（６）と撮影部（１３）との相対位置関係に近づけるように表示部駆動部（１１）および操作部駆動部（１２）を制御する制御部（４）とを備えるマニピュレータシステム（１）を提供する。

Description

マニピュレータシステム
　本発明は、マニピュレータシステムに関するものである。
　従来、内視鏡を移動可能に支持する支持手段によって内視鏡を移動させた場合に、該支持手段の移動量に基づいて、内視鏡画像を表示する表示部を覗き込む視線の延長線上に内視鏡先端部の光軸が配置されるように、表示部を移動させる観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　特許文献１の観察装置によれば、術者が内視鏡を直接操作して患者の体腔内の観察位置を変更した場合でも、特別な作業をすることなく手術作業に最適な姿勢を得ることができるという効果がある。
特開２００３－２３００７３号公報
　しかしながら、内視鏡の先端面から突出させた処置具は、術者が両手で操作ハンドルを操作することにより操作され、内視鏡の先端部に備えられた湾曲部は、通常、スイッチによって、術者が手足を大きく移動させることなく操作される。このため、湾曲部の湾曲の度合いを変化させて内視鏡の視野方向を変更すると、処置具を操作していなくても、表示部に表示される処置具の向きが変化してしまう。
　すなわち、湾曲部の操作前後において、処置具に同じ動作をさせる場合の操作ハンドルの移動方向は同一であるのに対し、表示部に表示される処置具の移動方向は変化するので、術者は、頭の中で、表示部内の処置具の前後左右方向がどちらであるのかを常に確認しながら操作ハンドルを操作しなければならず、直感的な操作を行うことができない。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、被写体の観察方向を切り替えても、表示部に表示される処置具を直感的に操作することができるマニピュレータシステムを提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の一態様は、被写体を処置する処置部と、前記被写体および処置部を撮影する撮影部と、該撮影部により取得された画像を表示する表示部と、該表示部を支持して移動させる表示部駆動部と、前記処置部を操作する操作部と、該操作部を支持し１て移動させる操作部駆動部と、前記表示部と前記操作部との相対位置関係を、前記処置部と前記撮影部との相対位置関係に近づけるように前記表示部駆動部および前記操作部駆動部を制御する制御部とを備えるマニピュレータシステムを提供する。
　本態様によれば、被写体および処置部に対して撮影部を移動させることにより、被写体および処置部を撮影する方向を変化させると、処置部と撮影部との相対位置関係が変化するので、制御部が、表示部駆動部により表示部を移動させるとともに、操作部駆動部により操作部を移動させるように制御する。処置部に対する撮影部の位置変更により、表示部には、被写体および処置部を異なる角度から撮影した画像が表示される。
　この場合に、制御部が、表示部と操作部との相対位置関係を処置部と撮影部との相対位置関係に近づけるように表示部駆動部および操作部駆動部を制御するので、撮影部の位置変更の前後において、表示部に表示された画像中の処置部の移動方向に対する操作部の移動方向の相対関係が大きく変化してしまうことを抑えることができ、操作者が表示部に表示される処置部を直感的に操作し続けることができる。
　上記態様においては、前記撮影部による被写体の撮影角度を検出する検出部を備え、前記制御部が、検出部により検出された撮影角度に基づいて、前記表示部駆動部および前記操作部駆動部を制御してもよい。
　このようにすることで、検出部により検出された撮影部による被写体の撮影角度に基づいて、制御部が、表示部と操作部との相対位置関係を処置部と撮影部との相対位置関係に近づけるように表示部駆動部および操作部駆動部を制御することができる。
　また、上記態様においては、前記表示部駆動部が、前記表示部の法線の水平方向に対する角度である表示部角度を変化させてもよい。
　このようにすることで、撮影部が、被写体の撮影角度を変化させたときに、これに合わせて表示部角度を変化させることができる。これにより、表示部を見ている操作者は、自身の視界の変更によって被写体の観察方向を変更しているかのように感じることができ、被写体に対して、より直感的に処置を行うことができる。
　また、上記態様においては、前記操作部駆動部が、前記操作部と前記表示部とを結ぶ直線の水平方向に対する角度である操作部角度を変化させてもよい。
　このようにすることで、撮影部が、被写体の撮影角度を変化させたときに、これに合わせて操作部角度を変化させることができる。これにより、表示部に表示されている画像上で移動した処置部に合わせて、処置部を作動させるための操作部が移動するので、表示部を見ている操作者が被写体の観察方向の変化の前後において、処置部を所望の方向に移動させるための操作部の移動方向をより直感的に判断することができる。
　また、上記態様においては、前記制御部が、前記撮影角度と前記表示部角度とを一致させるように前記表示部駆動部を制御してもよい。
　また、上記態様においては、前記制御部が、前記撮影角度と前記操作部角度とを一致させるように前記操作部駆動部を制御してもよい。
　また、上記態様においては、前記操作部駆動部が、前記操作部と前記表示部とを結ぶ直線の水平方向に対する角度である操作部角度を変化させ、前記制御部が、前記撮影角度、前記操作部角度および前記表示部角度を一致させるように前記表示部駆動部および前記操作部駆動部を制御してもよい。
　このようにすることで、撮影部が、被写体の撮影角度を変化させたときに、これに一致させるように表示部角度および操作部角度を変化させることができる。
　また、上記態様においては、前記撮影角度と前記表示部角度との関係を示す第1の関数を記憶する関数記憶部を備え、前記制御部が、前記関数記憶部に記憶されている前記第１の関数に基づいて、前記表示部駆動部を制御してもよい。
　このようにすることで、関数記憶部に記憶されている第１の関数を用いて、簡易に表示部角度を決定することができ、処理を高速に行うことができる。
　また、上記態様においては、前記第１の関数が、前記撮影角度の角度範囲の両端に向かって傾きの小さくなる関数であってもよい。
　このようにすることで、撮影角度の変化に応じて第１の関数に従って表示部角度を変化させる場合に、撮影角度が大きく変化してその角度範囲の両端に近づくほど、表示部角度も大きく変化するが、角度範囲の両端に近づくほどその傾きを小さくすることにより、操作者に無理な姿勢を強いずに済む。
　また、上記態様においては、前記第１の関数が、前記撮影角度の全角度範囲にわたって、前記撮影角度の変化量に対する前記表示部角度の変化量が１以下となる関数であってもよい。
　このようにすることで、撮影角度の変化に応じて第１の関数に従って表示部角度を変化させる場合に、撮影角度が大きく変化してその角度範囲の両端に近づくほど、表示部角度も大きく変化するが、撮影角度の全角度範囲にわたってその傾きを１以下にすることにより、角度範囲の両端において操作者に無理な姿勢を強いずに済む。
　また、上記態様においては、前記撮影角度と前記操作部角度との関係を示す第２の関数を記憶する関数記憶部を備え、前記制御部が、前記関数記憶部に記憶されている前記第２の関数に基づいて、前記操作部駆動部を制御してもよい。
　このようにすることで、関数記憶部に記憶されている第２の関数を用いて、簡易に操作部角度を決定することができ、処理を高速に行うことができる。
　また、上記態様においては、前記第２の関数が、前記撮影角度の角度範囲の両端に向かって傾きの小さくなる関数であってもよい。
　このようにすることで、撮影角度の変化に応じて第２の関数に従って操作部角度を変化させる場合に、撮影角度が大きく変化してその角度範囲の両端に近づくほど、操作部角度も大きく変化するが、角度範囲の両端に近づくほどその傾きを小さくすることにより、操作者に無理な姿勢を強いずに済む。
　また、上記態様においては、前記第２の関数が、前記撮影角度の全角度範囲にわたって、前記撮影角度の変化量に対する前記操作部角度の変化量が１以下となる関数であってもよい。
　このようにすることで、撮影角度の変化に応じて第２の関数に従って操作部角度を変化させる場合に、撮影角度が大きく変化してその角度範囲の両端に近づくほど、操作部角度も大きく変化するが、撮影角度の全角度範囲にわたってその傾きを１以下にすることにより、角度範囲の両端において操作者に無理な姿勢を強いずに済む。
　本発明によれば、被写体の観察方向を切り替えても、表示部に表示される操作部を直感的に操作することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムの（ａ）マスタ装置、（ｂ）スレーブ装置を示す図である。 図１のマニピュレータシステムに備えられたコントローラの一例を示すブロック図である。 図１のコントローラに備えられる角度αと角度β，γとの関係を示すグラフである。 図１のマニピュレータシステムの観察位置変更後の状態の（ａ）マスタ装置、（ｂ）スレーブ装置を示す図である。 図１のマニピュレータシステムのモニタに表示される画像の一例であって、患部および処置具をより浅い角度で観察している画像を示す図である。 図４の状態より深き角度で観察している場合の患部および処置具の画像を示す図である。 図１のマニピュレータシステムのコントローラの変形例を示すブロック図である。 図１のマニピュレータシステムのコントローラに備えられる第１，第２の関数の変形例を示す図である。 図７の第１の関数および図８の第２の関数を備えるコントローラを示すブロック図である。 図７の第１の関数および図８の第２の関数の変形例を示すグラフである。 図７の第１の関数および図８の第２の関数の他の変形例を示すグラフである。 図２のコントローラの他の変形例を示すブロック図である。
　本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るマニピュレータシステム１は、医療用のマニピュレータシステム１であって、図１（ａ）に示されるマスタ装置２と、図１（ｂ）に示されるスレーブ装置３と、これらを制御するコントローラ（制御部）４とを備えている。
　スレーブ装置３は、患者の体内に挿入される硬質材料からなる円筒状の外套管５と、該外套管５の先端開口から突出させられて患者の体内の患部（被写体）Ａを処置する処置具（処置部）６と、外套管５の先端開口から突出させられて患部Ａおよび処置具６を撮影するための内視鏡７とを備えている。
　マスタ装置２は、内視鏡７により取得された画像を表示するモニタ（表示部）８と、モニタ８を移動させるモニタ駆動部９と、処置具６を操作するハンドル（操作部）１０と、ハンドル１０を移動させるハンドル駆動部１１と、フットスイッチ１２とを備えている。
　処置具６は、患部Ａを処置する鉗子６ａと、該鉗子６ａを先端に取り付けた図示しない１以上の関節を有する処置具アーム６ｂとを備えている。処置具アーム６ｂは関節を伸縮させることにより、先端の鉗子６ａを外套管５の長手方向に進退させることができるようになっている。処置具６は、医師Ｄの両手でそれぞれ操作されるように左右一対（図中１つのみ表示している。）設けられている。
　処置具アーム６ｂおよび鉗子６ａには図示しないモータ等が備えられており、コントローラ４によって制御されるようになっている。
　内視鏡７は、先端に配置された図示しない照明部およびカメラ（撮影部）１３を備え、カメラ１３の基端側に長手方向に間隔をあけて配置された２つの湾曲部７ａ，７ｂを備えている。これら２つの湾曲部７ａ，７ｂは、図１（ｂ）に示されるように、２つの処置具６の配置される平面（本実施形態においては水平面）６Ａに直交する平面内において湾曲するように構成され、カメラ１３の光軸１３ａを上記平面６Ａに対して交差させ、かつその交差角度αを調節することができるようになっている。
　内視鏡７には、該内視鏡７の湾曲部７ａ，７ｂを湾曲させるための図示しないモータおよび外套管５に対してその長手方向に進退させる図示しないモータが備えられ、各モータには、各湾曲部７ａ，７ｂの湾曲角度および外套管５の長手方向に沿う移動距離を検出するエンコーダ（検出部）が設けられている。各モータはコントローラ４によって制御されるようになっている。モニタ８は、内視鏡７のカメラ１３により取得された画像を表示するディスプレイ（図示略）と接眼部８ａとを備えている。
　モニタ駆動部９は、モニタ８を支持するモニタ用アーム１４と、該モニタ用アーム１４を地面に固定された支持フレーム１５に対して水平方向および鉛直方向に移動させる直動アクチュエータ１６とを備えている。モニタ用アーム１４は、モニタ８を水平軸線回りに揺動可能に支持する支持するベース部１４ａと、該ベース部１４ａに対してモニタ８を揺動させる揺動アクチュエータ１４ｂとを備えている。
　ハンドル１０は、医師Dの両手によって操作されるように左右一対設けられ、医師Dの両手によって独立に把持されるグリップ１０ａと、該グリップ１０ａの位置を水平方向に進退させる１以上の関節を備えた操作アーム１０ｂとを備えている。
　グリップ１０ａには、把持の度合いを検出する図示しない把持検出部が備えられ、操作アーム１０ｂにはグリップ１０ａの水平方向位置を検出する図示しない位置検出部が備えられている。
　ハンドル駆動部１１は、支持フレーム１５に対して操作アーム１０ｂを水平方向および鉛直方向に移動させる直動アクチュエータ１７を備えている。
　フットスイッチ１２は、医師Dが足により操作するもので、その踏み込み量を調節することができるようになっている。
　コントローラ４は、図２に示されるように、内視鏡７のカメラ１３により取得された画像信号に基づいて画像を生成し、モニタ８に出力する画像生成部１８を備えている。
　また、コントローラ４は、フットスイッチ１２の踏み込み量に基づいて内視鏡７の各モータの作動量を算出し、各モータに指令する内視鏡制御部１９を備えている。内視鏡制御部１９は、例えば、医師がフットスイッチ１２を踏み込むと、内視鏡７を長手方向に前進させるとともに各湾曲部７ａ，７ｂの湾曲角度を増大させるようになっている。これにより、カメラ１３の光軸１３ａは、患部に交差させられたままの状態で、水平面６Ａに対する角度αを増大させられるようになっている。
　また、コントローラ４は、医師Dによるハンドル１０の操作量に基づいて、処置具アーム６ｂおよび鉗子６ａの各モータの作動量を算出し、各モータに指令する処置具制御部２０を備えている。
　処置具制御部２０は、例えば、医師Dがハンドル１０のグリップ１０ａを把持していくと、鉗子６ａが閉じられ、グリップ１０ａを解放していくと、鉗子６ａが開かれるように鉗子６ａのモータを制御するようになっている。
　また、処置具制御部２０は、医師Dがハンドル１０を水平方向に前進させると、位置検出部により検出された水平方向の移動量に基づいて、鉗子６ａの位置を前進させる移動量を算出し、処置具アーム６ｂの関節を伸ばして、鉗子６ａの位置を前進させるようになっている。
　また、コントローラ４は、内視鏡７のモータに備えられたエンコーダにより検出された２つの湾曲部７ａ，７ｂの湾曲角度が入力されて、モニタ駆動部９を制御するモニタ駆動制御部２１と、ハンドル駆動部１１を制御するハンドル駆動制御部２２とを備えている。
　モニタ駆動制御部２１は、２つの湾曲部７ａ，７ｂの湾曲角度に基づいて、カメラ１３の光軸１３ａが水平面６Ａに対してなす角度αを算出し、モニタ８の接眼部８ａの光軸が水平面に対してなす角度βをカメラ１３の光軸１３ａの角度αに一致させるようにモニタ駆動部９を制御するようになっている。
　すなわち、本実施形態においては、モニタ駆動制御部２１は、角度αと角度βとが、図３に示されるような正比例の関係で変化する関数（第１の関数）に基づいて変化するように、モニタ駆動部９を制御するようになっている。
　また、モニタ駆動制御部２１は、揺動アクチュエータ１４ｂを作動させてモニタ用アーム１４のベース部１４ａに対するモニタ８の角度βを、カメラ１３の光軸１３ａの角度αに一致するように制御するだけでなく、これとともに、直動アクチュエータ１６を作動させて、支持フレーム１５に対するモニタ用アーム１４の水平方向および鉛直方向位置を調節するようになっている。
　すなわち、本実施形態においては、図１（ａ）に示されるように、モニタ駆動制御部２１は、医師Ｄの首の位置に配置される頭部の回転中心Ｐの位置座標を記憶している。そして、モニタ駆動制御部２１は、この回転中心Ｐを中心とした鉛直面内の円Ｓに沿ってモニタ８の接眼部８ａが移動するように、揺動アクチュエータ１４ｂと直動アクチュエータ１６とを同期して作動させるようになっている。
　また、ハンドル駆動制御部２２は、モニタ８の接眼部８ａとグリップ１０ａとの相対位置関係が、カメラ１３と処置具６との相対位置関係に一致するようにハンドル駆動部１１を制御するようになっている。ここで、相対位置関係が一致するとは、カメラ１３の光軸１３ａと水平面６Ａとの角度αが、接眼部８ａとグリップ１０ａとを結ぶ直線と水平面との角度γと略一致することを意味し、角度αと角度γとが、図３に示されるような正比例の関係で変化する関数（第２の関数）に基づいて変化するように、ハンドル駆動部１１を制御するようになっている。
　本実施形態においては、ハンドル駆動制御部２２は、上述したように角度αと角度γとが一致し、かつ、カメラ１３と処置具６との距離と接眼部８ａとグリップ１０ａとの距離との比が、一定となる（例えば、１：１０となる）ようにハンドル駆動部１１を制御するようになっている。
　これにより、図１（ａ）に示されるように、カメラ１３の光軸１３ａの水平面６Ａに対する角度αと一致する角度βで傾斜したモニタ８の接眼部８ａの光軸の延長上にグリップ１０ａが配置されるようになっている。
　このように構成された本実施形態に係るマニピュレータシステム１の作用について、以下に説明する。
　本実施形態に係るマニピュレータシステム１を用いて医師Ｄが患者の患部Ａを処置する場合には、スレーブ装置３の内視鏡７および処置具６を患者の体内の患部Ａに近接して配置し、内視鏡７のカメラ１３により患部Ａおよび処置具６を撮影する。
　内視鏡７により取得された画像情報は、コントローラ４の画像生成部１８に送られ、画像生成部１８においてモニタ８に表示される画像が生成される。生成された画像はマスタ装置２のモニタ８に送られて、モニタ８に備えられたディスプレイに表示される。
　また、医師Ｄは、マスタ装置２のグリップ１０ａを握り、フットスイッチ１２に足をおくとともに、モニタ８の接眼部８ａに眼をあてて、ディスプレイに表示されている画像を観察する。モニタ駆動制御部２１は、カメラ１３の光軸１３ａの角度αとモニタ８の角度βとを一致させ、かつ、接眼部８ａが予め記憶されている医師Ｄの首の回転中心Ｐを中心とした医師Ｄの眼を通過する円Ｓ上に配置されるようにモニタ駆動部９を制御する。これにより、医師Ｄが接眼部８ａに眼をあてると、自然な姿勢で、ディスプレイに表示された画像を観察することができる。
　また、ハンドル駆動制御部２２は、接眼部８ａとグリップ１０ａとを結ぶ直線の水平面に対する角度γが、カメラ１３の光軸１３ａの水平面６Ａに対する角度αと一致するようにハンドル駆動部１１を制御するので、接眼部８ａを介して画像を見ている医師Ｄは、両手で把持しているグリップ１０ａがあたかも画像上の処置具６と同じものであるかのように認識することができる。
　すなわち、医師Ｄが両手で把持しているグリップ１０ａの把持の度合いを変化させることにより、これに同期させて画像内の処置具６を開閉することができ、画像上の処置具６の前後方向に一致する方向にグリップ１０ａを押し引きすると、グリップ１０ａが前後方向に動き、これに同期させて画像内の処置具６を前後に移動させることができる。
　また、医師Ｄが患部Ａおよび処置具６の観察角度を変更したい場合には、フットスイッチ１２を足で操作する。これにより、フットスイッチ１２の踏み込み量がコントローラ４内の内視鏡制御部１９に送信され、内視鏡制御部１２が、踏み込み量に応じて内視鏡７の２つの湾曲部７ａ，７ｂの湾曲角度を変化させる。例えば、図１（ｂ）に示される状態から、フットスイッチ１２の踏み込み量を変化させると、図４（ｂ）に示されるように、カメラ１３の光軸１３ａの水平面６Ａに対する角度αが大きくなるように２つの湾曲部７ａ，７ｂの湾曲角度が変化する。
　その結果、モニタ８内のディスプレイに表示される画像は、図５の状態から図６の状態に変化する。
　そして、内視鏡７の湾曲部７ａ，７ｂの湾曲角度が変化すると、湾曲部７ａ，７ｂを駆動するモータのエンコーダにより検出された角度がモニタ駆動制御部２１およびハンドル駆動制御部２２に送られる。
　モニタ駆動制御部２１は、エンコーダにより検出された各湾曲部７ａ，７ｂの角度から内視鏡７のカメラ１３の光軸１３ａの水平面６Ａに対する角度αを算出し、該角度αに基づいて、モニタ８の揺動角度βを角度αに一致するように揺動アクチュエータ１４ｂを作動させる。画像における患部Ａおよび処置具６の観察方向の変化に合わせて、図４（ａ）に示されるように、モニタ８の揺動角度βを変化させることで、あたかも自身の視線の方向を変えることで患部Ａ等の観察方向を変えたかのように医師Ｄに感じさせることができ、処置具６のより直感的な操作を可能にすることができる。
　この場合において、モニタ駆動制御部２１は、モニタ８の接眼部８ａが、医師Ｄの首を湾曲させる中心位置Ｐを中心とした円Ｓに沿って移動するように、揺動アクチュエータ１４ｂおよび直動アクチュエータ１４ａを同期して作動させ、角度βが角度αに一致した時点で、両アクチュエータ１４ａ，１４ｂの作動を停止する。これにより、医師Ｄは、身体の他の部分を動かすことなく首の傾きを変えるだけで、常に、無理のない姿勢で接眼部８ａからディスプレイに表示された画像を観察することができる。
　さらに、本実施形態によれば、ハンドル駆動制御部２２が、エンコーダにより検出された各湾曲部７ａ，７ｂの角度から内視鏡７のカメラ１３の光軸１３ａの水平面６Ａに対する角度αを算出し、該角度αに基づいて、ハンドル駆動部１１を制御する。すなわち、ハンドル駆動制御部２２は、接眼部８ａとグリップ１０ａとを結ぶ直線の水平面に対する角度γが、図４（ａ）に示されるように、カメラ１３の光軸１３ａの水平面６Ａに対する角度αと一致するようにハンドル駆動部１１を制御するので、接眼部８ａを介して画像を見ている医師Ｄは、画像上の処置具６が常にグリップ１０ａの位置にあるかのように認識することができる。
　さらに具体的には、接眼部８ａを介してディスプレイに表示された画像を見ている医師Ｄにとって、処置具６の移動方向は、図５の状態では、ディスプレイ画面に交差する方向であったのに対し、図６の状態では、よりディスプレイ画面に沿う方向に変化している。そして、医師Ｄはグリップ１０ａを画像上の処置具６の移動方向に一致する方向に移動させることにより、処置具６を進退させることができる。したがって、グリップ１０ａの直感的な操作により処置具６を駆動させることができ、患部Ａの処置をより容易にすることができるという利点がある。
　なお、本実施形態においては、外套管５として、硬質な直管状の部材を例示したが、これに限定されるものではなく、処置具６および内視鏡７の方向を一体的に変化させるように、長手方向の途中位置に湾曲部（図示略）を有するものを採用してもよい。外套管５の湾曲部の湾曲方向は、水平方向、鉛直方向およびこれらを組み合わせた方向のいずれであってもよい。
　また、本実施形態においては、内視鏡７の湾曲部７ａ，７ｂを湾曲させるモータに備えられたエンコーダによる検出信号に基づいて、カメラ１３の光軸１３ａの水平面６Ａに対する角度αをモニタ駆動制御部２１およびハンドル駆動制御部２２がそれぞれ算出することとしたが、これに代えて、図７に示されるように、共通の角度算出部２３を配置し、該角度算出部２３により算出された角度αをモニタ駆動制御部２１およびハンドル駆動制御部２２に入力することにしてもよい。
　また、本実施形態においては、比例係数１の正比例関数である第１の関数および第２の関数に基づいて、モニタ８の角度βおよび接眼部８ａとグリップ１０ａとを結ぶ直線の角度γを調節することとしたが、これに代えて、図８に示される第１、第２の関数を使用してもよい。
　図８の第１、第２の関数は、カメラ１３の光軸１３ａの角度αの角度範囲（０°～９０°）が５つの領域に区画され、中央の領域（４０°～５０°）において、角度β，γが比例係数１の正比例関数として表され、その両側の４つの領域（０°～２０°、２０°～４０°、５０°～７０°、７０°～９０°）においては、角度範囲の両端に向かうに従って傾きが徐々に小さくなり、角度範囲全体としては不連続な関数となっている。図中、鎖線は、比例係数１で正比例する図３の関数を示している。
　これら第１の関数および第２の関数は、それぞれ、図９に示されるように、モニタ駆動制御部２１およびハンドル駆動制御部２２に接続される記憶部２４，２５に記憶されていればよい。そして、角度算出部２３により算出された角度αに基づいて、モニタ駆動制御部２１およびハンドル駆動制御部２２が記憶部２４，２５内に記憶されている第１の関数および第２の関数によって角度βおよび角度γを算出することにしてもよい。
　図８に示す例では、フットスイッチ１２の操作によって内視鏡７の湾曲部７ａ，７ｂの角度が変化し、カメラ１３の光軸１３ａの角度αが４０°～５０°の角度範囲で変化する場合には、モニタ駆動制御部２１およびハンドル駆動制御部２２はモニタ８の角度βおよび接眼部８ａとグリップ１０ａとを結ぶ直線の角度γを角度αに一致させるように制御するようになっている。
　また、カメラ１３の光軸１３ａの角度αが２０°～４０°、５０°～７０°の角度範囲で変化する場合には、モニタ駆動制御部２１およびハンドル駆動制御部２２は、角度βおよび角度γを角度αに比例係数０．５を乗算した値となるように制御するようになっている。さらに、カメラ１３の光軸１３ａの角度αが０°～２０°、７０°～９０°の角度範囲で変化する場合には、モニタ駆動制御部２１およびハンドル駆動制御部２２は、角度βおよび角度γを角度αに比例係数０．１を乗算した値となるように制御するようになっている。
　図３に示されるように、角度αの全角度範囲にわたって、角度β，γが比例係数１で正比例する場合には、角度αがその角度範囲の両端に近づくほど、グリップ１０ａが医師Ｄの身体から離れすぎたり近づき過ぎたりして、医師Ｄの姿勢が窮屈になる。これに対して、図８の第１の関数および第２の関数を使用することにより、角度αの角度範囲の両端におけるモニタ８およびグリップ１０ａの移動量が少なくなる。これにより、グリップ１０ａの直感的な操作を可能としながら、姿勢が窮屈になり過ぎないようにすることができるという利点がある。
　なお、本実施形態においては、比例係数を１，０．５，０．１としたが、これに限定されるものではなく、任意のものを採用することができる。
　また、角度範囲の領域分割についても、上記分割に限定されるものではなく任意に設定することができる。
　また、角度範囲の最も端に位置する領域においては、角度αの変化に関わらず、角度β、γを変化させないことにしてもよい。
　また、領域毎に比例係数を不連続に変化させることとしたが、図１０に示されるように、有限の領域に分けることなく、連続的に変化する関数を使用してもよい。
　また、図１１に示されるように、角度αの全角度範囲にわたって、１より小さい比例係数で比例する関数を採用してもよい。このようにしても、接眼部８ａとグリップ１０ａとの相対位置関係がカメラ１３と処置具６との相対位置関係に近づくようにモニタ８およびグリップ１０ａが作動させられるので、グリップ１０ａの操作の直感性は維持される。
　また、第１の関数および第２の関数を同じ関数としたが、これに限定されるものではなく、異なる関数を使用してもよい。また、第１，第２の関数のいずれか一方については、比例係数１の正比例関数を採用してもよい。
　また、上記実施形態においては、内視鏡７として、カメラ１３の光軸１３ａが内視鏡７の長手方向に一致する直視形式の内視鏡７を例示したが、側視形式または斜視形式の内視鏡７を採用してもよい。この場合に、内視鏡７の湾曲部７ａ，７ｂの湾曲角度とカメラ１３の光軸１３ａの角度αとの関係はそれぞれ異なる。
　そこで、図１２に示されるように、内視鏡７に備えられた形式情報を読み取る読み取り部２６と、形式情報に対応づけて補正情報を記憶する補正情報記憶部２７とを備えていて、角度算出部２３が、該読み取り部２６によって読み取られた形式情報を用いて補正情報記憶部２７内から読み出した補正情報を用いて角度αを算出することにしてもよい。
　また、マスタ装置２とスレーブ装置３とは相互に近接して配置され、相互に電気的に接続されていてもよいし、相互に遠隔に配置され、無線送信によって信号の授受を行うことにしてもよい。
　Ａ　患部（被写体）
　α　角度（撮影角度）
　β　角度（表示部角度）
　γ　角度（操作部角度）
　１　マニピュレータシステム
　４　コントローラ（制御部）
　６　処置具（処置部）
　８　モニタ（表示部）
　９　モニタ駆動部（表示部駆動部）
　１０　ハンドル（操作部）
　１１　ハンドル駆動部（操作部駆動部）
　１３　カメラ（撮影部）
　２４，２５　記憶部（関数記憶部）

Claims (13)

  1. 　被写体を処置する処置部と、
    　前記被写体および処置部を撮影する撮影部と、
    　該撮影部により取得された画像を表示する表示部と、
    　該表示部を支持して移動させる表示部駆動部と、
    　前記処置部を操作する操作部と、
    　該操作部を支持して移動させる操作部駆動部と、
    　前記表示部と前記操作部との相対位置関係を、前記処置部と前記撮影部との相対位置関係に近づけるように前記表示部駆動部および前記操作部駆動部を制御する制御部とを備えるマニピュレータシステム。
  2. 　前記撮影部による被写体の撮影角度を検出する検出部を備え、
    　前記制御部が、検出部により検出された撮影角度に基づいて、前記表示部駆動部および前記操作部駆動部を制御する請求項１に記載のマニピュレータシステム。
  3. 　前記表示部駆動部が、前記表示部の法線の水平方向に対する角度である表示部角度を変化させる請求項２に記載のマニピュレータシステム。
  4. 　前記操作部駆動部が、前記操作部と前記表示部とを結ぶ直線の水平方向に対する角度である操作部角度を変化させる請求項２または請求項３に記載のマニピュレータシステム。
  5. 　前記制御部が、前記撮影角度と前記表示部角度とを一致させるように前記表示部駆動部を制御する請求項３に記載のマニピュレータシステム。
  6. 　前記制御部が、前記撮影角度と前記操作部角度とを一致させるように前記操作部駆動部を制御する請求項４に記載のマニピュレータシステム。
  7. 　前記操作部駆動部が、前記操作部と前記表示部とを結ぶ直線の水平方向に対する角度である操作部角度を変化させ、
    　前記制御部が、前記撮影角度、前記操作部角度および前記表示部角度を一致させるように前記表示部駆動部および前記操作部駆動部を制御する請求項３に記載のマニピュレータシステム。
  8. 　前記撮影角度と前記表示部角度との関係を示す第1の関数を記憶する関数記憶部を備え、
    　前記制御部が、前記関数記憶部に記憶されている前記第１の関数に基づいて、前記表示部駆動部を制御する請求項３に記載のマニピュレータシステム。
  9. 　前記第１の関数が、前記撮影角度の角度範囲の両端に向かって傾きの小さくなる関数である請求項８に記載のマニピュレータシステム。
  10. 　前記第１の関数が、前記撮影角度の全角度範囲にわたって、前記撮影角度の変化量に対する前記表示部角度の変化量が１以下となる関数である請求項８に記載のマニピュレータシステム。
  11. 　前記撮影角度と前記操作部角度との関係を示す第２の関数を記憶する関数記憶部を備え、
    　前記制御部が、前記関数記憶部に記憶されている前記第２の関数に基づいて、前記操作部駆動部を制御する請求項４に記載のマニピュレータシステム。
  12. 　前記第２の関数が、前記撮影角度の角度範囲の両端に向かって傾きの小さくなる関数である請求項１１に記載のマニピュレータシステム。
  13. 　前記第２の関数が、前記撮影角度の全角度範囲にわたって、前記撮影角度の変化量に対する前記操作部角度の変化量が１以下となる関数である請求項１１に記載のマニピュレータシステム。
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